DE2600149A1

DE2600149A1 - Bilduebertragungssystem

Info

Publication number: DE2600149A1
Application number: DE19762600149
Authority: DE
Inventors: Andrew Miklos Bardos
Original assignee: Associated Press Inc
Current assignee: Associated Press Inc
Priority date: 1975-01-13
Filing date: 1976-01-05
Publication date: 1976-07-15
Also published as: GB1507219A; JPS5838984B2; CA1076694A; JPS51126009A; AU8635575A; FR2297530A1; DE2600149C2; AU500199B2; FR2297530B1

Description

The Associated Press, 50 Rockefeiler Plaza, New York, N.Y., U.S.A.

Bildübertragungssystem

Bxldübertragungssysterne werden verwendet, um Bilder, wie Fotographien, Zeichnungen und dergleichen von einer Stelle auf die andere zu übertragen. Die Bilder, die von Bildempfängern wiedergegeben werden, haben aufgrund der Abtastart des verwendeten elektrooptischen Wiedergabeverfahrens im allgemeinen eine Linien- oder Punktstruktur. Es wurden schon Versuche unternommen, unter Verwendung der neuesten Erkenntnisse in der Elektronik, Physik und Optik die Linien oder Punkte in der Wiedergabe zu verringern und im Idealfall zu beseitigen. Zu diesem Zweck wurden Bildübertragungssysteme mit Lasern vorgeschlagen bei denen der Laserstrahl durch eine entsprechende Anordnung von öffnungen geschickt wurde, um einen im wesentlichen rechteckigen Abtast- bzw. Bildfleck zu erzeugen, dessen Abmessung quer zur Abtastrichtung im wesentlichen gleich der Zeilenhöhe und dessen Abmessung in der Abtastrichtung etwas kleiner ist.

Der Nachteil dieses Systems besteht darin, daß die natürliche Form des Abtastfleckes eines Laserstrahls kreisförmig ist. Wenn

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der Laserstrahl durch eine rechteckige öffnung geschickt wird, wird ein Teil desselben abgeschnitten, was einen Lichtverlust und demzufolge eine Verringerung des Wirkungsgrades des Systems zur Folge hat. Zusätzlich entstehen durch das Hineinragen einer Kante der öffnung in den Strahl Beugungsprobleme, die zur Folge haben, daß a) die Tiefenschärfe verringert und/oder b) eine Bildverdopplung an den Außenkanten des Äbtastflecks auftritt. Weiterhin verlangt die Einstellung derartiger Systeme ausgebildete Techniker, die in der Lage sind, die Optik des Systems zu diagnostizieren, zu messen und einzustellen.

Der Erfindung liegt die Hauptaufgabe zugrunde, ein Bildübertragungssystem bzw. einen Bildsender und -Empfänger zu schaffen, bei welchem das natürliche Profil des Abtast- bzw. Lichtflecks eines Laserstrahls verwendet wird. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, bei welchem der im Querschnitt kreisförmige Strahl dazu verwendet wird, ein längliches Profil des Abtastflecks zu erzeugen, der im wesentlichen die gesamte Höhe einer Abtastzeile deckt, so daß das wiedergegebene Bild zeilenfrei ist.

Das erfindungsgemäße Bildübertragungssystem weist einen Bildsender und einen Bildempfänger auf. Der Bildsender enthält Mittel zum Abtasten des wiederzugebenden bzw. zu übertragenden Bildes und zur Erzeugung eines Bildsignals, dessen Intensität in Übereinstimmung mit der Leuchtdichteverteilung des abgetasteten Bildes verändert wird. Das System enthält weiterhin einen Bildempfänger, der einen Laser aufweist, dessen Strahl auf ein Blatt aus lichtempfindlichem Papier, Kunststoff oder dergleichen fokussiert ist. Das Punktprofil des Laserstrahls wird über das Blatt entlang Zeilen geführt, deren Breite größer ist als der Durchmesser des Punktprofils. Eine akustisch-optische Modulatorzelle ist zwischen dem Laser und dem Blatt angeordnet, um die Intensität des Laserstrahls in Übereinstimmung mit Veränderungen in dem zugeführten elektrischen Signal zu modulieren. Das zugeführte

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Signal enthält das Bildsignal, das von dem Sender übertragen wird. Der Bildempfänger enthält weiterhin Mittel zum zyklischen Variieren der Frequenz des Bildsignals, um dadurch den Laserstrahl im wesentlichen zwischen der oberen und der unteren Begrenzung der Bildzeile quer zur Schreibrichtung abzulenken. Die Ablenkung des Laserstrahls senkrecht zur Schreibrichtung findet mit wesentlich höherer Geschwindigkeit statt wie die Bewegung in der Schreibrichtung.

Der Bildsender kann ebenfalls einen Laser enthalten, der einen Laserstrahl zum Abtasten des zu übertragenden Bildes erzeugt, und einen akustisch-optischen Modulator, der zwischen dem Laser und dem Bild angeordnet ist.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Prinzip dargestellt ist. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Bildsenders eines erfindungsgemäßen Bildübertragungs systems,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Bildempfängers , und

Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung einer Fläche, die in der erfindungsgemäßen Weise abgetastet wird.

Das erfindungsgemäße Bildübertragungssystem weist einen Bildsender 10 gemäß Fig. 1 und einen Bildempfänger 12 gemäß Fig. 2 auf.

Der Bildsender 10 gemäß Fig. 1 weist einen Helium-Neon Laser 14 auf. Das kohärente Licht des Lasers wird als genau dimensionierter Strahl auf das Blatt 16 fokussiert, welches das zu übertragende und wiederzugebende Bild enthält, und zwar durch einen sich hin- und herbewegenden Spiegel 18 und eine akustisch-

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optische Modulatorζelle 20. Die Intensität des von dem Bild reflektierten Lichtes wird von den Fotozellen 22 festgestellt. Entsprechend dem reflektierten Licht erzeugen die Fotozellen ein elektrisches Bildsignal, das in geeigneter Weise verstärkt und über Telefonleitungen oder dergleichen einem geeigneten Bildempfänger zugeführt wird. Die Intensität des Lichtes, das in jedem Moment auf die Fotozellen reflektiert wird, ist eine Funktion der Helligkeit der Stelle des Bildes, das gerade abgetastet wird. Demzufolge sind Veränderungen der Intensität des Ausgangssignals der Fotozellen proportional der Leuchtdichteverteilung des abgetasteten Bildes.

Wie erwähnt, wird der auf das Bild gerichtete Laserstrahl von dem Spiegel 18 reflektiert. Der Spiegel 18 wird von einem Galvanometer-Motor 24 hin- und herbewegt, der seinerseits über ein Regelelement 26 exakt" angetrieben wird. Die Ablenkung des Laserstrahls vom Spiegel 18 ermöglicht es, daß der Strahl über die Breite des Bildblattes 16 wandert. Gleichzeitig wird das Blatt 16 durch Rollen 18, die von einem Motor 30 angetrieben werden, in Längsrichtung bewegt. Die Synchronisation zwischen dem Motor 30 und dem Regelglied 26 für den Galvanometer-Motor 24 wird durch eine logische Folgeschaltung 32 erreicht.

Jedes Mal, wenn der reflektierte Laserstrahl das Papier 16 überstreicht, wird eine Abtastzeile erzeugt, die eine bestimmte Höhe in der Bewegungsrichtung des Papiers 16 hat. Damit eine Wiedergabe des Bildes ohne sichtbare Linien stattfinden kann, ist es wichtig, daß die Intensität des AbtastStrahles über die gesamte Höhe der Abtastzeile sowohl während des Sendens als auch während des Empfanges konstant gehalten wird. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch Verwendung eines Abtastflecks, dessen Durchmesser kleiner ist als die Höhe der Abtastzeile und der sehr schnell zwischen dem oberen und dem unteren Rand der Abtastzeile hin- und herbewegt wird. Dies hat die Wirkung einer tatsächlichen Durchtrittsöffnung im Weg des Laserstrahles, jedoch ohne deren Nachteile, und es ge-

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stattet ein Vermischen der Abtastzeilen an ihren oberen und unteren Rändern, um ihre Sichtbarkeit im wiedergegebenen Bild zu verringern oder vollständig zu beseitigen.

Zu diesem Zweck passiert der Laserstrahl eine akustisch-optische Modulator (AOM) -Zelle 20. Die AOM-Zelle 20 besteht aus einem kleinen Glasstück, auf welchem ein piezoelektrischer Wandler aufgeschmolzen ist. Der Wandler reagiert auf elektrischen Strom und sendet akustische Wellen in das Glas und ändert dessen Brechungszahl in genauer Übereinstimmung mit dem akustischen Signal. Die Einzelheiten der Konstruktion und der Eigenschaften derartiger Zellen sind in der Literatur beschrieben, beispielsweise in dem Artikel "A Review of Acoustooptical Deflection and Modulation Devices" von E. I. Gordon, in "Applied Optics", Oktober 1966. Es genügt für die vorliegende Anwendung, festzustellen, daß derartige Zellen die folgenden beiden Eigenschaften aufweisen:

1. Die Intensität eines Laserstrahles, der die Zelle passiert, wird als Funktion der Stärke eines Radiofrequenzsignals moduliert, welches der Zelle zugeführt wird, und

2. Die Winkelablenkung eines die Zelle passierenden Laserstrahls ist eine Funktion der Frequenz eines Radiofrequenzsignals, das der Zelle zugeführt wird.

Der Sender 10 macht nur von der zweiten der beiden oben beschriebenen Eigenschaften des akustisch-optischen Modulators Gebrauch. Wie später noch beschrieben wird, macht der Bildempfänger 12 jedoch Gebrauch von beiden Eigenschaften.

Der AOM-Zelle 20 wird ein Radiofrequenzsignal durch einen Treiberkreis 34 zugeführt. Der Treiberkreis 34 erzeugt ein Signal von konstanter Stärke auf einen 10 KHz Träger, um ein schmales Bandsignal am 10 KHz Träger feststellen zu können und Niederfrequenzinterferenz (wie 60 Hz-Interferenz) auszu-

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schalten, damit gewährleistet ist, daß ein Laserlichtsignal mit konstanter Intensität auf das Bild übertragen wird. Die Frequenz des Radiofrequenzsignals variiert zyklisch zwischen oberen und unteren Grenzwerten, die derart gewählt sind, daß der Abtastfleck 36 entlang der Abtastzeile zwischen dessen oberen und unteren Rand hin- und herbewegt wird, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Das Ablenken des Abtastflecks über die Breite oder Höhe der Abtastzeile mit sehr hoher Geschwindigkeit erzeugt ein Signal über die Fotozellen 22, als ob ein rechteckiger Abtastfleck verwendet worden wäre. Da die Intensität des 10 KHz-Laser Strahles, der auf das Bild gerichtet ist, konstant ist, geben Variationen des Ausgangssignals des Fotozellenkreises Variationen der Bildhelligkeit wieder.

Der Bildempfänger des erfindungsgemäßen Systems ist in Fig. 2 dargestellt. Die Konstruktion des Bildem_pfängers 12 ist im wesentlichen gleich derjenigen des Bildsenders 10. Der grundlegende Unterschied besteht darin, daß die akustisch-optische Modulatorzelle 44 des Bildem_pfängers von einem frequenzmodulierten Signal von variierender Stärke angetrieben wird. Der Empfänger 12 erhält also einen Helium-Neon-Laser 38, der identisch mit dem Laser 14 des Senders 10 ist. Der kohärente Lichtstrahl des Lasers wird fokussiert, um einen genau dimensionierten Gauß¹sehen Fleck auf einem Blatt aus sensibilisiertem Papier 40 zu erzeugen. Das sensibilisierte Papier 40 kann beispielsweise ein Trockensilberpapier sein, wie es von der 3M Company hergestellt wird. Dieses Papier kann, wenn es einem Laserstrahl ausgesetzt wurde, durch Hitze entwickelt werden, um ein Bild zu erzeugen, dessen Leuchtdichteverteilung eine Funktion der Intensität des belichtenden Laserstrahles ist.

Der im Laser 38 erzeugte Strahl wird durch die akustisch-optischen Modulator-Zelle 44 geführt und über einen hin- und herbewegten Spiegel 42 auf das sensibilisierte Papier 40 re-

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flektiert. Wie beim Sender 10 wird der Spiegel 42 durch einen Galvanometer-Motor 46 hin- und herbewegt, um den Laserstrahl über die Breite des Papiers zu bewegen, wenn dieses durch die Rollen 48 vorwärtsbewegt wird. Der Regelkreis 50 des Galvanometer-Motors 46 und der Antriebsmotor 52 der Rollen 48 werden durch eine entsprechende Logikschaltung 54 synchronisiert.

Der Treiberkreis 56 für die akustisch-optische Modulatorzelle 44 erzeugt ein Radiofrequenzsignal, bei dem sowohl die Amplitude als auch die Frequenz moduliert sind. Demzufolge ist der eine Eingang 58 zum Treiberkreis 56 der entsprechend verstärkte Ausgang des Fotozellen-Kreises des Senders 10. Der andere Eingang 60 des Treiberkreises 56 ist ein frequenzmodulierter Träger. Demzufolge ändert sich die Intensität des auf das sensibilisierte Papier 40 auftreffenden Laserstrahles entsprechend der Leuchtdichteverteilung des wiederzugebenden Bildes. Zugleich wird der Bildfleck innerhalb definierter Grenzen auf- und abbewegt, während er die Bildzeile entlangläuft.

In einer erfolgreichen Ausführungsform der Erfindung war die Geschwindigkeit der Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Abtastbzw. Bildflecks des Senders und des Empfängers etwa 100 mal größer als die Geschwindigkeit des Strahles in horizontaler Richtung. Die Hin- und Herbewegung des Flecks erfolgte mit einer Geschwindigkeit von etwa 50 m/sek, während die Abtastbzw. Schreibgeschwindigkeit 48 cm/sek betrug. Die Bandbreite des Signals betrug 2 KHz (500 Hz-2,5OO Hz) und die Frequenz der Oszillation des Abtast- bzw. Bildflecks betrug 120 KHz. Es hat sich gezeigt, daß die Frequenz der Oszillation des Abtast- bzw. Bildflecks mindestens 10 mal größer sein muß als die Breite des Signalbandes, um ein übersprechen zu vermeiden. Das Radiofrequenz-Signal wurde mit +10 MHz frequenzmoduliert. Die Höhe jeder Abtast- bzw. Bildzeile betrug etwa 0,25 mm und der Durchmesser des Abtast-

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bzw. Bildflecks betrug etwa 0,1 mm. Die Bildübertragung von dem Sender 10 auf den Empfänger 12 ergab eine zeilenfreie Bildwiedergabe.

Obgleich der Sender und der Empfänger der vorliegenden Erfindung vorstehend in einem einzigen kompletten System dargestellt sind, können die einzelnen Komponenten auch mit geeigneten üblichen Einrichtungen verwendet werden, d.h., der Empfänger könnte Bilder empfangen, die von einem üblichen Bildsender übertragen wurden, und der erfindungsgemäße Sender könnte Bilder auf einen üblichen Bildempfänger übertragen.

- Patentansprüche - 9 -

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Claims

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Patentansprüche

.1J Bildübertragungssystem/ gekennzeichnet durch einen Bildsender (10) mit Mitteln zum Abtasten eines wiederzugebenden Bildes, Mitteln (14) zur Erzeugung eines Bildsignals, dessen Intensität sich in Übereinstimmung mit der Leuchtdichteverteilung des abgetasteten Bildes verändert, und Mitteln (22) zur Übertragung dieses Bildsignals an einen Bildempfänger (12); einen Bildempfänger (12) mit einem Laser (38), dessen Strahl auf ein Blatt (40) aus lichtempfindlichem Material fokussiert ist, Mitteln (42,46,48) zum Führen des Laserstrahles über das Blatt (40) zur Erzeugung einer Bildzeile, wobei die Veränderungen in der Belichtung des Blattes mit der Intensität des Laserstrahls korrespondiert, einer akustisch-optischen Modulatorzelle (44) zwischen dem Laser (38) und dem Blatt (40) zur Modulation der Intensität des Laserstrahls entsprechend den Veränderungen in einem zugeführten elektrischen Signal, Mittel (56) zur Zuführung des Bildsignals des Senders (10) zu der Modulatorzelle (44) auf einem Radiofrequenzträger; und Mittel zum zyklischen Verändern der Frequenz des Trägers zwecks Ablenkung des Laserstrahls zwischen dem oberen und dem unteren Rand der Bildzeile in einem wellenförmigen Pfad im wesentlichen quer zur Schreibrichtung.
2. Bildübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildsender (10) einen Laser (14) enthält, sowie Mittel (18,24) zum Bewegen des Laserstrahles über das zu übertragende Bild (16), daß zwischen dem Laser (14) und dem Bild (16) eine akustisch-optische Modulatorzelle (20) angeordnet ist, um die Intensität des

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2 ß ο η η

Laserstrahls in Übereinstimmung mit der Amplitude eines zugeführten Signals zu modulieren, daß Mittel zur Zuführung eines Signals mit konstanter Amplitude zu der Modulatorzelle (20) vorgesehen sind sowie Mittel zum zyklischen Variieren der Frequenz dieses Signals, um den Laserstrahl in einer wellenförmigen Bahn im wesentlichen quer zur Abtastrichtung abzulenken.
3. Bildsender, insbesondere zur Verwendung in einem Bildübertragungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Träger (16) für das zu übermittelnde Bild, einen Laser (14), Mittel (18,24) zur Bewegung des Laserstrahls über das Bild, eine akustisch-optische Modulatorzelle (20) zwischen dem Laser (14) und dem Bildträger (16), Mittel zur Zuführung eines Signals mit konstanter Amplitude auf einem Radiofrequenzträger zu der Modulatorzelle (20), Mittel zum zyklischen Variieren der Frequenz des Radiofrequenzträgers, um den Laserstrahl in einem wellenförmigen Pfad im wesentlichen quer zur Abtastrichtung abzulenken, und eine Fotozellenanordnung (22) zum Empfang des von dem Bild reflektierten Laserstrahls zur Erzeugung eines Bildübertragungssignals.
4. Bildempfänger, insbesondere für ein Bildübertragungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (48) zum Transportieren eines Blattes (40) aus lichtempfindlichem Papier, einen Laser (38) , dessen Strahl auf das Blatt (40) fokussiert ist, Mittel (42,46)zum Bewegen des Laserstrahls über das Blatt (40) längs einer Bildzeile, eine akustisch-optische Modulatorζeile (44) zwischen dem Laser (38) und dem Blatt (40), Mitteln zur Zuführung eines Radiofrequenzsignals zu der Modulatorzelle (44), erste Mittel zum Modulieren der Intensität des Radiofrequenzsignals in Übereinstimmung mit Veränderungen in einem Bildsignal und zweite Mittel zum zyklischen Variieren der Trägerfrequenz des Radiofrequenzsignals.

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5. Bildempfänger, insbesondere zur Verwendung in einem BiIdübertragungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Laser (38) , dessen Strahl auf ein Blatt (40) aus lichtempfindlichem Papier fokussiert ist, Mittel (42) zum Bewegen des Laserstrahls quer über das Blatt zur Erzeugung einer Bildzeile, wobei die Belichtung des Papiers der Intensität des auf das Papier auftreffenden Laserstrahles entspricht, eine akustisch-optische Modulatorzelle (44) zwischen dem Laser (38) und dem Papier (40), Mittel (56) zur Zuführung eines Radiofrequenzsignals zu der Modulatorzelle (44), Mittel zum Modulieren der Intensität des Laserstrahls in Übereinstimmung mit Variationen eines Bildsignals, und Mittel zum zyklischen Variieren der Frequenz des Radiofrequenzsignals, um den Laserstrahl im wesentlichen zwischen dem oberen und dem unteren Rand der Bildzeile in einem wellenförmigen Pfad im wesentlichen quer zur Schreibrichtung abzulenken.
6. Bildempfänger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Radiofrequenzsignal ein Träger für das Bildsignal ist.
7. Bildsender oder Bildempfänger nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (14 bzw. 38) so fokussiert ist, daß er auf den das Bild oder das lichtempfindliche Material enthaltenden Blatt (16 bzw. 40) einen Abtast- bzw. Lichtfleck erzeugt, dessen Durchmesser kleiner ist als die Höhe der Abtastbzw. Bildzeile.
8. Bildsender oder Bildempfänger nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzverändernden Mittel so ausgebildet sind, daß sie den Laserstrahl mit einer größeren Geschwindigkeit ablenken als der Laserstrahl über das Blatt geführt wird.

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9. Bildsender oder Bildempfänger nach Anspruch 8_f dadurch gekennzeichnet, daß die freguenzverändernden Mittel so ausgebildet sind, daß sie den Laserstrahl mit einer Frequenz ablenken, die mindestens zehnmal größer ist als die Signalbandbreite, die durch die Abtast- bzw. Schreibgeschwindigkeit des Lasers bestimmt ist.
10. Verfahren zur Bildübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu übertragendes und wiederzugebendes Bild entlang einer Abtastzeile abgetastet und ein Bildsignal erzeugt wird, das in Übereinstimmung mit der Leuchtdxchteverteilung des Bildes entlang der Abtastzeile verändert wird, daß das Bildsignal einer akustisch-optischen Modulatorζeile innerhalb eines Bildempfängers zugeführt wird, die in der Lage ist, die Intensität eines durch sie hindurchgehenden Laserstrahls in Übereinstimmung mit Variationen des Bildsignals zu verändern, dann ein Blatt aus lichtempfindlichem Papier mit einem fokussierten, durch die Zelle hindurchgeführten Laserstrahl bestrichen wird zwecks Erzeugung eines Bildes, dessen Leuchtdxchteverteilung den IntensitätsSchwankungen des Laserstrahls entsprechen, und schließlich die Frequenz des zugeführten Bildsignals moduliert wird, um den Laserstrahl in einem wellenförmigen Pfad im wesentlichen quer zur Schreibrichtung abzulenken.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser derart fokussiert wird, daß er einen Strahl erzeugt, dessen Bildfleck einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als die Höhe der Bildzeile.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkgeschwindigkeit des Laserstrahles größer ist als seine Schrexbgeschwxndigkeit.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl mit einer Frequenz abgelenkt wird, die mindestens zehnmal größer ist als die Signalbandbreite, die durch die Schrexbgeschwxndigkeit des Lasers bestimmt ist.

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14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Abtasten des Bildes in folgenden Stufen vor sich geht: Bewegen eines Laserstrahls quer über das Bild durch eine optische Zelle, die in der Lage ist, die Intensität
des auf das Bild auftreffenden Laserstrahls entsprechend der Amplitude eines zugeführten elektrischen Signals zu verändern, daß der Zelle ein konstantes Trägersignal zugeführt wird, und daß dieses Signal frequenzmoduliert wird, um den Laserstrahl in einen wellenförmigen Pfad im wesentlichen quer zur Abtastrichtung abzulenken.

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